洗衣粉中表面活性劑的分析

1、洗衣粉中表面活性劑的分析      表面活性劑是一類(lèi)非常重要的化工產(chǎn)品，它的應(yīng)用幾乎滲透到所有技術(shù)經(jīng)濟(jì)部門(mén)。世界上表面活性劑總產(chǎn)量的約 20用于洗滌劑工業(yè)，它是洗滌劑中主要活性成分之一，它的種類(lèi)、含量直接影響洗滌劑的質(zhì)量和成本。因此，本實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)洗衣粉中表面活性劑的分析，使學(xué)生初步了解表面活性劑的分離、分析方法。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?#160;  1學(xué)習(xí)液-固萃取法從固體試樣中分離表面活性劑。   2學(xué)習(xí)表面活性劑的離予型鑒定方法。   3學(xué)習(xí)用紅外光譜法和核磁共振法測(cè)定表而活性劑的結(jié)構(gòu)。

2、 二、實(shí)驗(yàn)原理   l表面活性劑的分離：洗衣粉除了以表面活性劑為主要成分外，還配加有三聚磷酸鈉、純堿、羧甲基纖維素等無(wú)機(jī)和有機(jī)助劑以增強(qiáng)去污能力，防止織物的再污染等。因此要將表面活性劑與洗衣粉屮的其他成分分離開(kāi)來(lái)。通常采用的方法是液-固萃取法?？捎盟魇陷腿∑鳎⊿oxhlets extactor） 連續(xù)萃取，也可用回流方法萃取。萃取劑可視具體倩況選用95的乙醇、95的異丙醇、丙酮、氯仿或石油醚等。2表面活性劑的離子型鑒定：表面活性劑的品種繁多，但按其在水中的離子形態(tài)可分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑兩大類(lèi)。前者又可以分為陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性型三種。利用表

3、面活性劑的離子型鑒別方法快速、 簡(jiǎn)便地確定試祥的離子類(lèi)型，有利于限定范圍，指示分離、分析方向。    確定表面活性劑的離子型的方法很多，在此介紹最常用的酸性亞甲基藍(lán)試驗(yàn)。染料亞甲基藍(lán)溶于水而不溶于氯仿，它能與陰離子表面活性劑反應(yīng)形成可溶于氯仿的藍(lán)色絡(luò)合物，從而使藍(lán)色從水相轉(zhuǎn)移到氯仿相。本法可以鑒定除皂類(lèi)之外的其他廣譜陰離子表面活性劑。非離子型表面活性劑不能使藍(lán)色轉(zhuǎn)移，但會(huì)使水相發(fā)生乳化；陽(yáng)離子表面活性劑雖然也不能使藍(lán)色從水相轉(zhuǎn)移到氯仿相，但利用陰、陽(yáng)離子表面活性劑的相互作用，可以用間接法鑒定。    3波譜分析法鑒定表面活性劑的結(jié)構(gòu)：

4、紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜和質(zhì)譜是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的主要工具。 在表面活性劑的鑒定中，紅外吸收光譜的作用尤為重要。這是因?yàn)楸砻婊钚詣┲械闹饕倌軋F(tuán)均在紅外光譜中產(chǎn)生特征吸收，據(jù)此可以確定其類(lèi)型，進(jìn)一步借助于紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖可以確定其結(jié)構(gòu)。表面活性劑的疏水基團(tuán)通常有一個(gè)長(zhǎng)鏈的烷基，該烷基的碳數(shù)不是單一的，而是具有一定分布的同系物。該烷基的碳數(shù)多少和分布的狀況影響表面活性劑的性能。用紅外光譜很難獲得這方面的信息，而核磁共振譜測(cè)定比較有效。因?yàn)楹舜殴舱駳渥V中積分曲線高度比代表了分子中不同類(lèi)型的氫原子數(shù)目之比，所以可用來(lái)測(cè)定表面活性劑疏水基團(tuán)中碳鏈的平均長(zhǎng)度。 三、實(shí)驗(yàn)裝置和儀器設(shè)備

5、60;   1回流裝置    2蒸餾裝置    3紅外光譜儀    4核磁共振譜儀 四、試劑和器材試劑：95%乙醇，無(wú)水乙醇，四氯化碳，四甲基硅烷，亞甲基藍(lán)試劑，氯仿，陰、陽(yáng)離子和非離子表面活性劑對(duì)照液器材：100ml燒瓶2個(gè)，25ml燒杯2個(gè)，5ml帶塞小試管2支，冷凝管，蒸餾頭，接受管，沸石，水浴，研缽，天平等 五、實(shí)驗(yàn)步驟    1.表面活性劑的分離：（1）取一定量的洗衣粉試祥于研缽屮研細(xì)。然后稱取2g放入100ml燒瓶屮，加入3

6、0ml乙醇。裝好回流裝置，打開(kāi)冷卻水，用水浴加熱，保持乙醇回流15分鐘。（2）撤去水浴。在冷卻后取下燒瓶，靜置幾分鐘。待上層液體澄清后，將上層提取的清液轉(zhuǎn)移到l0OmL燒瓶中（小心傾倒或用滴管吸出）。（3）重新加入20mL95的乙醇，重復(fù)上述回流和分離操作，兩次提取液合并。（4）在合并的提取液屮放人幾粒沸石，搭裝好蒸餾裝置。用水浴加熱，將提取液中的乙醇蒸出，直至燒瓶中殘余12ml為止。（5）將燒瓶屮的蒸餾殘余物定量轉(zhuǎn)移到干燥并已稱量過(guò)的25mL的燒杯屮。（6）將小燒杯置于紅外燈下，烘去乙醇。 稱量并計(jì)算表面活性劑的百分含量。計(jì)算公式如下：    

7、0; 洗衣粉中表面活性劑的含量=(W1-W2)/Q×1OO%      其屮 Q稱取的洗衣粉的量(g)； Wl空燒杯的重量(g)， W2-裝有表面活性劑的燒杯重量(g)。    2表面活性劑的離子型鑒定     （1）已知試祥的鑒定:      ·陰離子表面活性劑的鑒定:    取亞甲基藍(lán)溶液和氯仿各約lmL，置于一帶塞的試管中，劇烈振蕩，然后放置分層，氯仿層無(wú)色。將濃度約1的

8、陰離子表面活性劑試樣逐滴加入其中，每加一滴劇烈振蕩試管后靜置分層，觀察并記錄現(xiàn)象，直至水相層無(wú)色，氯仿層呈深藍(lán)色。      ·陽(yáng)離子表面活性劑的鑒定：    在上述試驗(yàn)的試管中，逐滴加入陽(yáng)離于表面活性劑（濃度約1），每加一滴劇烈振蕩試管后靜置分層，觀察并記錄兩相的顏色變化，直至氯仿層的藍(lán)色重新全部轉(zhuǎn)移到水相。      ·非離子表面活性劑的鑒定：    另取一帶塞的試管，依次加入亞甲基藍(lán)溶液和氯訪各約lmL，劇烈振

9、蕩，然后放置分層，氯仿層無(wú)色。將濃度約 1的非離于表面活性劑試樣逐滴加入其中，每加一滴劇烈振蕩試管后靜置分層，觀察并記錄兩相顏色和狀態(tài)的變化。     （2）未知試樣的鑒定：      ·取少許從洗衣粉中提取的表面活性劑，溶于23mL蒸餾水中，按上述辦法進(jìn)行鑒定和判別其離子類(lèi)型。      ·取適量（約10 mg）洗衣粉溶于 5mL蒸餾水中作為試樣，重復(fù)上述操作，觀察和記錄現(xiàn)象。以考察洗衣粉中的其它助劑對(duì)此鑒定是否有干擾。 &

10、#160;   3表面活性劑的結(jié)構(gòu)鑒定（1）紅外光譜測(cè)定 按照所用紅外光譜儀的操作規(guī)程打開(kāi)和調(diào)試好儀器。用液膜法制樣測(cè)定其紅外光譜。在譜圖上標(biāo)出主要吸收峰的歸屬。制樣方法：用幾滴無(wú)水乙醇將小燒杯中的試樣（提取物）溶解，將試樣的濃溶液滴在打磨透明的溴化鉀鹽片上，置于紅外燈下烘去乙醇。（2）核磁共振氫譜的測(cè)定：按照所使用的核磁共振儀的操作規(guī)程調(diào)試好儀器，并測(cè)1HNMR譜。配制樣品的方法：在烘去溶劑的試樣（提取物）中加入約1ml的四氯化碳，攪拌使其充分的溶解。小心將溶液轉(zhuǎn)移到核磁樣品管（直徑為5mm）中，溶液高度約為 30mm，然后滴加23滴TMS（四甲基硅烷）的四氯化碳溶液。蓋

11、好蓋子，振蕩，使其混合均勻。（3）譜圖解析紅外吸收峰的歸屬峰號(hào)峰位置(cm-1)峰強(qiáng)度*對(duì)應(yīng)官能團(tuán)1   2   3   *峰強(qiáng)度可用符號(hào)表示：s一強(qiáng)，m一中強(qiáng)，w一弱。 核磁共振譜信息峰號(hào)化學(xué)位移(ppm)積分線高度質(zhì)子數(shù)偶合裂分結(jié)構(gòu)信息1     2     3     根據(jù)已確定的離子類(lèi)型以及紅外，核磁譜圖提供的信息，通過(guò)查閱資料推測(cè)其可能結(jié)

12、構(gòu)，然后查閱紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖驗(yàn)證。 六、思考題1為什么用回流法進(jìn)行液-固萃取時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)可不加沸石？蒸餾時(shí)是否也可以不加沸石？2. 本實(shí)驗(yàn)是否可用索氏萃取器提取洗衣粉中的表面活性劑？試將回流法與其作一比較。3. 本實(shí)驗(yàn)中，紅外光譜制樣時(shí)為什么要用無(wú)水乙醇作溶劑？用95的乙醇行不行？4在核磁共振氫譜的測(cè)定中，加四甲基硅烷門(mén)（TMS）的作用是什么？ 附錄  常見(jiàn)表面活性劑的紅外特征吸收表面活性劑由疏水基和親水基兩大部分組成，它們的類(lèi)刑和結(jié)構(gòu)決定表面活性劑的性質(zhì)。大部分表面活性劑的疏水基是碳?xì)浠鶊F(tuán)，主要有以下三類(lèi)：1. 脂肪族碳?xì)滏湥柡突虿伙柡停?，通常是C18C18。2.

13、芳香族烴基（單環(huán)或多環(huán)）。3. 烷基芳烴基（如烷基苯類(lèi)）。親水基的種類(lèi)很多，主要由它們決定表面活性劑的種類(lèi)，以下兩張表分別列出了表面活性劑中常見(jiàn)的親水基團(tuán)及其在紅外光譜中的特征吸收帶：                        表一  表面活性劑中常見(jiàn)的親水基團(tuán)親水基的類(lèi)型親水基團(tuán)陰離子型羧酸鹽-COOM+，磺酸鹽-SO3M+，硫酸酯鹽-OSO3M+，磷

14、酸酯鹽-PO32M2+，乙醇胺類(lèi)*M主要是Na+，K+，NH4+陽(yáng)離子型伯、仲、叔胺鹽，季胺鹽RnH4-nA（n:14）砒啶鹽兩性型氨基酸，甜菜堿非離子型聚乙二醇（或稱聚氧乙烯醚）-(C2H4O)nH多元醇（如甘油，丙二醇，山梨糖醇，氨基醇等） 表二 表面活性劑中常見(jiàn)親水基團(tuán)的紅外吸收帶基團(tuán)振動(dòng)形式吸收帶（cm-1）-COOvasvs16101540  b.s14701370  b.m-s-SO3vasvs11901180  b.v.s10601030  b.m-s-OSO3vasvs12701220  b.v.s11001060  b.m-s-OPO3vP=OvPOC12501220  b.s10601030&